全球第二張黑洞照片公布！「事件視界望遠(yuǎn)鏡」拍的高糊圖片能解決類(lèi)星體之謎嗎？

本文作者：付靜

2020-04-09 18:39

導(dǎo)語(yǔ)：雖然和首張黑洞照片一樣高糊，但對(duì)類(lèi)星體的研究來(lái)說(shuō)意義重大。

在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的黑洞探索后，2017 年 4 月，全球 30 多個(gè)研究所的天文學(xué)家總算完成了對(duì)黑洞的拍攝工作。

2019 年 4 月，首張黑洞照片公布，成為黑洞研究的里程碑事件。

時(shí)隔一年，天文學(xué)家們又公布了全球第二張黑洞照片——2017 年 4 月拍攝到的 55 億光年外的類(lèi)星體 3C 279 中央核心及其射流起源的圖片。

全球第二張黑洞照片公布！「事件視界望遠(yuǎn)鏡」拍的高糊圖片能解決類(lèi)星體之謎嗎？

當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2020 年 4 月 7 日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《天體學(xué)與天體物理學(xué)》（Astronomy & Astrophysics）期刊，題為 Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution（事件視界望遠(yuǎn)鏡對(duì)類(lèi)星體 3C279 的 20 微秒極限分辨率成像），論文合著者多達(dá)數(shù)百位。

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神秘的天體

想必所有人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)「黑洞」。

1915 年，愛(ài)因斯坦完成了其廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)，并于次年正式發(fā)表。廣義相對(duì)論預(yù)言，在宇宙空間中存在一種天體，是由質(zhì)量足夠大的恒星在核聚變反應(yīng)的燃料耗盡而死亡后，發(fā)生引力坍縮產(chǎn)生的。這種天體的密度極大、體積極小，同時(shí)引力也極其強(qiáng)大，強(qiáng)到連光線都被吸引，無(wú)法逃逸。

1916 年，德國(guó)物理學(xué)家 Karl Schwarzschild 為這一預(yù)言做了精確解——Karl Schwarzschild 通過(guò)計(jì)算得到了愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程的一個(gè)真空解，這個(gè)解表明，如果一個(gè)靜態(tài)球?qū)ΨQ星體實(shí)際半徑小于一個(gè)定值（這一定值便是著名的史瓦西半徑），其周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象：一旦進(jìn)入一個(gè)被稱為“視界”的界面，即使光也無(wú)法逃脫。

直至 1969 年，美國(guó)天體物理學(xué)家 John Archibald Wheeler 首次提出了“黑洞”的概念，從此傳播世界。

1970 年，美國(guó)“自由”號(hào)人造衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了與其他射線源不同的天鵝座 X-1，天鵝座 X-1 上有一個(gè)比太陽(yáng)重 30 多倍的巨大藍(lán)色星球，該星球被一個(gè)有 10 個(gè)太陽(yáng)那么重的看不見(jiàn)的物體牽引著。天文學(xué)家當(dāng)時(shí)一致認(rèn)為這個(gè)物體正是黑洞，這也是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的史上第一個(gè)黑洞。

總的來(lái)說(shuō)，科學(xué)家對(duì)黑洞的探索之路相當(dāng)艱難，很大一部分原因是黑洞無(wú)法直接被觀測(cè)到，因此科學(xué)家只能通過(guò)間接方式得知其存在、質(zhì)量，及黑洞對(duì)其他事物的影響。

雷鋒網(wǎng)了解到，物體被黑洞吸入之前，黑洞引力帶來(lái)的加速度會(huì)導(dǎo)致摩擦，進(jìn)而釋放出 x 射線和 γ 射線的“邊緣訊息”，而這就是科學(xué)家獲取黑洞存在的證據(jù)。當(dāng)然，借由間接觀測(cè)恒星或星際云氣團(tuán)繞行的軌跡，科學(xué)家也能尋到一些蛛絲馬跡。

給看不見(jiàn)的黑洞拍張照

為進(jìn)一步了解黑洞、宇宙，科學(xué)家們用到了一個(gè)工具——射電望遠(yuǎn)鏡。

射電望遠(yuǎn)鏡是指觀測(cè)、研究來(lái)自天體的射電波的基本設(shè)備，包括收集射電波的定向天線，放大射電信號(hào)的高靈敏度接收機(jī)，信息記錄﹑處理和顯示系統(tǒng)等，可測(cè)量天體射電的強(qiáng)度、頻譜及偏振等量。

針對(duì)黑洞的研究，科學(xué)家們使用的是一種名為「事件視界望遠(yuǎn)鏡」（Event Horizon Telescope, EHT）的由多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡形成的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)名稱不難看出，它嘗試觀測(cè)的實(shí)際上是黑洞的“事件視界”。

正如上文所述，我們可以把事件視界理解成是一種時(shí)空的界線。黑洞周?chē)氖录暯缰?，在非常巨大的引力影響下，黑洞附近的逃逸速度大于光速，使得任何光線皆不可能從事件視界內(nèi)部逃脫，而在該事件視界外便不會(huì)受到黑洞的影響。

2006 年，全球 30 多個(gè)研究所的科學(xué)家們聯(lián)合起來(lái)，發(fā)起了一項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)劃：給黑洞拍張照。

具體來(lái)講，這一計(jì)劃基于甚長(zhǎng)基線干涉技術(shù)（VLBI），借助分布在世界多地的 8 個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合觀測(cè)同一目標(biāo)源并記錄數(shù)據(jù)，從而形成一個(gè)口徑等效于地球直徑的虛擬望遠(yuǎn)鏡，將望遠(yuǎn)鏡的角分辨率提升至足以觀測(cè)事件視界尺度結(jié)構(gòu)的程度。

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值得一提的是，上述 8 個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡不全是單一的望遠(yuǎn)鏡，其中包括望遠(yuǎn)鏡陣列，比如位于智利的阿塔卡馬大型毫米波陣由 70 多個(gè)小望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成。

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2017 年 4 月，人類(lèi)完成黑洞照片的拍攝工作之后，便進(jìn)入了漫長(zhǎng)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程。

2019 年 9 月，事件視界望遠(yuǎn)鏡的合作組織獲得 2020 年“科學(xué)界的奧斯卡”科學(xué)突破獎(jiǎng)基礎(chǔ)物理獎(jiǎng)。

終于，美國(guó)東部時(shí)間 2019 年 4 月 10 日 9 時(shí)（北京時(shí)間 10 日 21 時(shí)），美國(guó)華盛頓、中國(guó)上海和臺(tái)北、智利圣地亞哥、比利時(shí)布魯塞爾、丹麥靈比和日本東京同時(shí)召開(kāi)了新聞發(fā)布會(huì)，公開(kāi)了事件視界望遠(yuǎn)鏡取得的第一項(xiàng)重大成果——人類(lèi)有史以來(lái)獲得的第一張黑洞照片。

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全球第二張黑洞照片

雖然第二張黑洞照片和第一張一樣高糊，但它對(duì)類(lèi)星體的研究來(lái)說(shuō)意義重大。

類(lèi)星體，其實(shí)是類(lèi)似恒星天體的簡(jiǎn)稱，是一類(lèi)離地球最遠(yuǎn)、能量最高的活動(dòng)星系核，比星系小很多，但其釋放的能量卻是星系的千倍以上。

類(lèi)星體與脈沖星、微波背景輻射和星際有機(jī)分子一度被稱為 20 世紀(jì) 60 年代天文學(xué)的“四大發(fā)現(xiàn)”。長(zhǎng)期以來(lái)也讓天文學(xué)家疑惑不解。

據(jù)了解，3C 279 是一顆光學(xué)劇變類(lèi)星體，此前科學(xué)家們首次探測(cè)到類(lèi)星體的超光速運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象就是在該星體上探測(cè)到的。

其實(shí)，天文學(xué)家們選擇 3C279 作為觀測(cè)對(duì)象，可能的兩方面原因是：

不同于其他類(lèi)星體，3C279 中心的超大質(zhì)量黑洞周?chē)P(pán)旋著一個(gè)發(fā)出強(qiáng)烈輻射的氣體吸積盤(pán)（雷鋒網(wǎng)注：指環(huán)繞在恒星周?chē)臍怏w和塵?；旌衔铮?，這樣更容易被觀測(cè)到；
早在多年前，研究人員就發(fā)現(xiàn)這個(gè)黑洞有一個(gè)比較弱的伽馬射線發(fā)射源。

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